多目的放射性同位体熱電気転換器

宇宙探査機には、科学観測機器に安定して電気と熱を供給するために、十分に安全で信頼性が高く、長寿命の電力システムが必要である。この要求を満たす能力を備えた電源は、放射性同位体熱電気転換器（RTG）のみである。これは本質的に、崩壊熱を確実に電気に変換する一種の原子力電池^[2]である。RTGの電力は、8つの地球軌道ミッション、8つの外惑星へのミッション、月へのアポロミッションで使用されている。外惑星系のミッションは、パイオニア10号と11号、ボイジャー1号と2号、ユリシーズ、ガリレオ、カッシーニ、ニューホライズンズ。初めて宇宙開発へのRTGの利用がなされたのは1977年のボイジャー1号とボイジャー2号^[3]。過去40年間で合計45のRTGが米国によって製造され、26のミッションで使用された。

個体熱電対は、放射性同位体プルトニウム238の自然崩壊のによって生成された熱を電気に変換する^[4]。物理変換の原理はゼーベック効果に基づいており、熱力学系における流れと勾配の間のオンサーガーの相反関係の1つに従う。温度勾配により、システム内に電子の流れが発生する。太陽光発電ソーラーアレイとは異なり、RTGは太陽エネルギーに依存しないため、深宇宙ミッションに使用できる。

2003年6月、エネルギー省（DOE）は、エアロジェットロケットダインが率いるチームにMMRTG契約をした。エアロジェットロケットダインとテレダインエネルギーシステムは、それ以前に宇宙探査ミッションのために同社が開発したSNAP-19（英語版）に基づくMMRTG設計コンセプトで協力した^[5]。 SNAP-19は、パイオニア10号とパイオニア11号^[4] 、およびバイキング1号とバイキング2号の着陸船に動力を供給した。

MMRTGは、米国エネルギー省（DOE）が提供する8つのPu-238二酸化物汎用熱源（GPHS）モジュールを搭載している。最初に、これらの8つのGPHSモジュールは約2 kWの火力を生成する。

MMRTG設計には、PbTe/TAGS熱電対（テレダイン・エネルギー・システム（英語版）製）が組み込まれている。TAGSは、テルル(Te)、銀(Ag)、ゲルマニウム(Ge)、アンチモン(Sb)を組み込んだ材料を示す頭字語。MMRTGは、ミッションの開始時に125Wの電力を生成するように設計されており、14年後には約100Wに低下する^[6]。質量45kg^[7]のMMRTGは、寿命の初めに約2.8 W /kgの電力を供給する。

MMRTGの設計は、宇宙の真空と火星の表面などの惑星大気の両方で動作する。MMRTGの設計目標には、高度な安全性の確保、14年の最小寿命にわたる電力レベルの最適化、重量の最小化が含まれている^[2]。

• スターリング放射性同位体発電機
• 宇宙の原子力（英語版）
• 放射性同位体熱電気転換器（RTG）
• 熱電効果：
  • ゼーベック効果：電流の温度勾配の変換
  • ペルチェ効果：温度勾配における電流の変換
  • トムソン効果：温度勾配のある通電導体の加熱または冷却
• 汎用熱源